KR20020036461A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상되도록 한 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, by configuring the cooling water passage area of the upper pipe connector and the lower pipe connector differently so that the back pressure is formed in the chamber in the upper tank before passing through the upper pipe connector, so that the cooling water in the entire core The present invention relates to a heat exchanger that is uniformly distributed, thereby improving the heat dissipation performance by uniformly distributing the temperature throughout the core.
잘 알려진 바와 같이, 열교환기는 차량의 대시 하부에 장착되어 있는 히터코어로 엔진같은 열원을 경유하여 뜨거워진 냉각수를 열원으로 하고, 블로워(blower)로 공기를 순환시켜 실내를 난방하는데 사용되는 것이다.As is well known, a heat exchanger is a heater core mounted under a dash of a vehicle, and used to heat a room by circulating air with a blower using a coolant heated by a heat source such as an engine.
최근에는 상기 열교환기의 박형, 경량화 추세에 부응하여 일정한 냉각수량을 유지하면서 압력손실을 저감할 수 있는 박형의 열교환기를 제조하는데 노력하고 있다.Recently, in response to the trend of thinner and lighter heat exchangers, efforts have been made to manufacture thin heat exchangers that can reduce pressure loss while maintaining a constant amount of cooling water.
이러한 노력의 결과로 제조된 열교환기의 구조를 도 1에 도시하였다.The structure of the heat exchanger manufactured as a result of this effort is shown in FIG.
도시된 바와 같이, 내부에 소정 크기의 챔버가 형성된 한쌍의 헤더(1)(2)가 좌우 방향으로 서로 마주보게 소정 거리 이격되게 배치되어 있고, 좌우 양단이 상기 챔버와 연통 가능하도록 헤더(1)(2)의 내측에 연결 설치되는 구조로 하여 상기 한쌍의 헤더(1)(2) 사이에는 다수개의 튜브(3)가 상하로 일정한 간격이 되게 배열설치되어 있다.As shown in the drawing, a pair of headers 1 and 2 having a chamber of a predetermined size formed therein are arranged to be spaced apart from each other by a predetermined distance to face each other in a left and right direction, and the header 1 is configured to communicate with the chamber at both ends. As a structure to be connected to the inside of (2), a plurality of tubes (3) are arranged between the pair of headers (1) (2) at regular intervals up and down.
상기 튜브(3)들의 사이에는 코루게이트핀(4)이 배치되어 냉각수를 열교환시키는 코어(5)를 형성하고 있고, 상기 헤더(1)(2) 각각의 외측에는 내부에 소정 크기의 챔버를 갖는 한쌍의 탱크(6)(7)가 설치되어 있되, 이 탱크(6)(7)의 챔버는 상기 헤더(1)(2)의 챔버와 상호 연통 가능하게 설치되어 있다.Corrugated fins 4 are disposed between the tubes 3 to form cores 5 for heat-exchanging the coolant, and each of the headers 1 and 2 has a chamber having a predetermined size therein. A pair of tanks 6 and 7 is provided, but the chambers of the tanks 6 and 7 are provided so as to be able to communicate with the chambers of the headers 1 and 2.
상기 탱크(6)(7)중 어느 하나, 도면상의 좌측에 위치한 탱크(6)에는 중앙을 기준으로 하여 상하부 적정 위치에는 냉각수 배출파이프(8)와 냉각수 유입파이프(9)가 탱크(6)의 챔버와 연통 가능하게 설치되어 있다.In any of the tanks 6 and 7, the tank 6 located on the left side of the drawing has a coolant discharge pipe 8 and a coolant inlet pipe 9 at the upper and lower proper positions with respect to the center. It is installed in communication with the chamber.
상기 냉각수 배출/유입파이프(8)(9)가 설치된 탱크(6)의 중앙에 해당되는 챔버에는 냉각수의 흐름을 "⊃"자 형상이 되게 하여 유로길이를 증가시켜 열교환 성능을 높이기 위한 배플(10)이 설치되어 있다.A baffle 10 for increasing the flow path length by increasing the flow path length in a chamber corresponding to the center of the tank 6 in which the coolant discharge / inflow pipes 8 and 9 are installed, to increase the heat exchange performance. ) Is installed.
그런데, 상기와 같은 구성을 갖는 열교환기는 박형 경량화로 개발되면서 코어의 유로면적의 협소로 인한 냉각수측 압력 손실값이 커져 차량을 공회전 운전 또는 저속 운전할 경우 냉각수 유량이 감소하여 열교환기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.However, as the heat exchanger having the above configuration is developed to be thin and light, the pressure loss value on the coolant side increases due to the narrow passage area of the core, and thus the coolant flow rate decreases when the vehicle is idling or at low speed. There was a problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 종래 열교환기를 도 2 내지 도 4에 도시하였다.2 to 4 show a conventional heat exchanger developed to solve the above problems.
도시된 와 같이, 튜브(13)들의 사이에는 코르게이트핀(14)이 배치되어 냉각수를 열교환시키는 코어(15)를 형성하고 있고, 상기 헤더(11)(12) 각각의 외측에는 내부에 소정의 챔버를 갖는 한쌍의 탱크(16)(17)가 설치되어 있다.As shown, a corgate pin 14 is disposed between the tubes 13 to form a core 15 for heat-exchanging the coolant, and the outer side of each of the headers 11 and 12 has a predetermined inside. A pair of tanks 16 and 17 having chambers is provided.
상기 탱크(16)(17)의 도면상에서 보아 좌측부분에 각각 냉각수 배출파이프(18)와 냉각수 유입파이프(19)가 탱크(16)(17)의 챔버와 연통 가능하게 설치되어 있다.As shown in the drawings of the tanks 16 and 17, a cooling water discharge pipe 18 and a cooling water inflow pipe 19 are provided in communication with the chambers of the tanks 16 and 17, respectively.
좀더 상세하게는 상기 냉각수 배출파이프(18)와 냉각수 유입파이프(19)는 탱크(16)(17)에 파이프 커넥터(20)를 매개로 하여 연결되어 있다.More specifically, the coolant discharge pipe 18 and the coolant inlet pipe 19 are connected to the tanks 16 and 17 via a pipe connector 20.
상기와 같이 구성된 종래 열교환기에 따르면, 냉각수측 압력강하가 적게 일어나도록 하는 것을 해결할 수 있으나 전술한 도 1에 도시된 열교환기와 비교하여 열교환기 코어 전체의 냉각수 유량 분배가 균일하지 않기 때문에 도 2에 도시된 열교환기의 방열 성능이 저하되는 문제점을 유발하였다.According to the conventional heat exchanger configured as described above, it is possible to solve the problem that the pressure drop in the coolant side occurs less, but compared to the heat exchanger shown in FIG. 1 described above, since the distribution of the coolant flow rate of the entire heat exchanger core is not uniform. The heat dissipation performance of the heat exchanger was degraded.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상되도록 한 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and by configuring the cooling water passage area of the upper pipe connector and the lower pipe connector differently so that the back pressure is formed in the chamber in the upper tank before passing through the upper pipe connector, so that the entire core The purpose of the present invention is to provide a heat exchanger to uniformly distribute the cooling water, thereby improving the heat dissipation performance due to the uniform temperature distribution throughout the core.
도 1은 종래 기술의 일례에 따른 열교환기를 도시한 정면도.1 is a front view showing a heat exchanger according to one example of the prior art.
도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 열교환기를 도시한 정면도.2 is a front view showing a heat exchanger according to another example of the prior art.
도 3은 도 2에 도시된 지시선 "A"부의 상세 내부 단면도.3 is a detailed inner cross-sectional view of the leader line "A" shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 지시선 "B"부의 상세 내부 단면도.4 is a detailed inner cross-sectional view of the leader line "B" shown in FIG.
도 5는 본 발명의 열교환기를 구성하는 상부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도.Figure 5 is a detailed internal cross-sectional view of the portion provided with the upper pipe connector constituting the heat exchanger of the present invention.
도 6은 본 발명의 열교환기를 구성하는 하부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도.6 is a detailed internal cross-sectional view of a portion provided with a lower pipe connector constituting the heat exchanger of the present invention.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 종단면도.7 is a longitudinal sectional view of the upper pipe connector and the lower pipe connector shown in FIGS. 5 and 6;
도 8은 본 발명에 의한 상부 및 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리한 상태에서 방열량과 압력 강하에 대한 실험을 실시한 후 나타낸 그래프.Figure 8 is a graph showing after the experiment on the heat dissipation amount and the pressure drop in the cooling water passage area of the upper and lower pipe connectors according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
17 : 하부 탱크17: lower tank
20 : 하부 파이프 커넥터20: lower pipe connector
31 : 상부 탱크31: upper tank
40 : 상부 파이프 커넥터40: upper pipe connector
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, 한쌍의 상하부 헤더와, 상기 상하부 헤더 각각의 외측에 설치되는 한쌍의 상하부 탱크와, 상기 상하부 헤더 사이에 설치되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브들의 사이에 배치되는 핀과, 상기 상하부 탱크에 각각 설치되는 상하부 파이프 커넥터로 구성된 열교환기에있어서, 상기 상부 탱크의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 상부 파이프 커넥터의 상기 상부 탱크의 내측 냉각수 유출통과면적을 상기 하부 탱크의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 하부 파이프 커넥터의 상기 하부 탱크의 내측 냉각수 유입통과면적보다 작게 형성한 것을 특징으로 한다.The heat exchanger according to the present invention for achieving the above object, a pair of upper and lower headers, a pair of upper and lower tanks provided on the outside of the upper and lower headers, a plurality of tubes provided between the upper and lower headers, and the tube In the heat exchanger consisting of a fin disposed between the upper and lower pipe connectors, respectively installed in the upper and lower tanks, the inner coolant outlet of the upper tank of the upper tank of the upper pipe connector installed in a horizontal state on one side of the upper tank; It is characterized in that the area is formed smaller than the inner cooling water inflow passage area of the lower tank of the lower pipe connector installed in a horizontal state on one side of the lower tank.
이하, 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the heat exchanger according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 열교환기를 구성하는 상부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 열교환기를 구성하는 하부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도이며, 도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 종단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 상부 및 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리한 상태에서 방열량과 압력 강하에 대한 실험을 실시한 후 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a detailed internal cross-sectional view of the portion provided with the upper pipe connector constituting the heat exchanger of the present invention, Figure 6 is a detailed internal cross-sectional view of the portion provided with the lower pipe connector constituting the heat exchanger of the present invention, Figure 7 and Figure 5 and 6 is a longitudinal sectional view of the upper pipe connector and the lower pipe connector shown in Figure 6, Figure 8 is a graph shown after the experiment on the heat dissipation amount and the pressure drop in the cool water passage area of the upper and lower pipe connectors according to the present invention to be.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열교환기는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)와, 튜브(13)와 코르게이트핀(14)으로 이루어진 코어(15)와, 상부ㆍ하부 탱크(31)(17)와, 냉각수 유입파이프(19)와, 상부ㆍ하부 파이프 커넥터(40)(20)와, 냉각수 배출파이프(18)로 구성된다.As shown, the heat exchanger according to the present invention, as shown in Figs. 5 and 6, the core consisting of the upper and lower headers (11) (12), the tube (13) and corgate fins (14). 15), upper and lower tanks 31 and 17, cooling water inflow pipe 19, upper and lower pipe connectors 40 and 20, and cooling water discharge pipe 18.
상기 튜브(13)는 상하 양단이 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)의 내측에 연결 설치되며, 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12) 사이에 좌우 방향으로 일정한 간격이 되게 다수개가 배열된다.The upper and lower ends of the tube 13 are connected to the inner side of the upper and lower headers 11 and 12, and a plurality of the tubes 13 are arranged so that the upper and lower headers 11 and 12 are spaced at regular intervals in the horizontal direction. do.
상기 코르게이트핀(14)은 튜브(13) 사이에 배치된다.The corgate pin 14 is disposed between the tubes 13.
상기 상부ㆍ하부 탱크(31)(17)는 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)의 외측에 설치된다.The upper and lower tanks 31 and 17 are provided outside the upper and lower headers 11 and 12.
상기 냉각수 유입파이프(19)는 상기 하부 탱크(17)에 파이프 커넥터(20)를 매개로 결합 설치되어 냉각수를 상기 하부 탱크(17)의 챔버내로 유입시키는 역할을 한다.The cooling water inflow pipe 19 is installed to be coupled to the lower tank 17 via a pipe connector 20 to serve to introduce the cooling water into the chamber of the lower tank 17.
여기서, 상기 파이프 커넥터(20)는 소정의 직경과 길이를 가지고 있다.Here, the pipe connector 20 has a predetermined diameter and length.
상기 냉각수 배출파이프(18)는 상기 상부 탱크(31)에 파이프 커넥터(40)를 매개로 결합 설치되어 냉각수를 상부 탱크(31)로부터 외부로 유출하는 역할을 한다.The cooling water discharge pipe 18 is coupled to the upper tank 31 via a pipe connector 40 to serve to cool the water out of the upper tank 31.
여기서, 상기 상부 파이프 커넥터(40)와 하부 파이프 커넥터(20)의 부분중 상기 상부 탱크(31)와 하부 탱크(17)의 내부에 위치되어 있는 부분의 냉각수 통과면적(Ao/Ai)을 도 7에 도시된 바와 같이 다르게 형성한다.Here, the coolant passage area Ao / A i of the portion of the upper pipe connector 40 and the lower pipe connector 20 which is located inside the upper tank 31 and the lower tank 17 is shown. Form differently as shown in 7.
즉, 상부 파이프 커넥터(40)의 유출통과면적(Ao)을 하부 파이프 커넥터(20)의 유입통과면적(Ai)보다 적정하게 작게 형성한다.That is, the outflow passage area Ao of the upper pipe connector 40 is appropriately smaller than the inflow passage area A i of the lower pipe connector 20.
바람직하게는, 0.4≤Ao/Ai≤0.6의 범위가 되도록 한다.Preferably, the range is 0.4 ≦ Ao / A i ≦ 0.6.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 도 4에 도시된 냉각수 유입파이프(19) 및 파이프 커넥터(20)를 통해 고온ㆍ고압의 냉각수가 하부 탱크(17)내로 유입되며, 이렇게 유입된 냉각수는 다수개의 튜브(13)를 통해 수직 상방향으로 유동하여 상부 탱크(31)의 챔버내로 이동한후, 상부 파이프 커넥터(40)를 경유하여 냉각수 배출파이프(18)로 배출된다.First, the high temperature and high pressure cooling water flows into the lower tank 17 through the cooling water inflow pipe 19 and the pipe connector 20 shown in FIG. 4, and the cooling water thus introduced is vertical through the plurality of tubes 13. After flowing upward and moving into the chamber of the upper tank 31, it is discharged to the cooling water discharge pipe 18 via the upper pipe connector 40.
상부 파이프 커넥터(40)의 통과 면적이 하부 파이프 통과 면적보다 작기 때문에 상부 파이프 커넥터(40)가 장착된 상부 탱크(31)의 챔버내에 배압을 형성하게 된다.Since the passage area of the upper pipe connector 40 is smaller than the lower pipe passage area, back pressure is formed in the chamber of the upper tank 31 to which the upper pipe connector 40 is mounted.
이 배압의 형성으로 인해 튜브(13)내에는 냉각수가 균일하게 분배되며, 이로 인해 튜브(13) 사이에 있는 코르게이트핀(14)에서 발생되는 방열량이 증대된다.Due to the formation of this back pressure, the cooling water is uniformly distributed in the tube 13, thereby increasing the amount of heat radiation generated in the corgate pins 14 between the tubes 13.
상기와 같은 냉각수의 유동과정을 거치는 본 발명의 열교환기를 차량에 적용하여 실험한 결과를 도 8에 나타내 보였다.8 shows the results of experimenting by applying the heat exchanger of the present invention undergoing the flow of the cooling water to the vehicle.
도 8에 나타낸 그래프에 따르면, 0.4≤A0/Ai≤0.6에서 냉각수 압력강하가 많이 일어남과 아울러 방열 성능이 향상되는 되는 최적 조건인 것으로 나타났으며, 차량의 공회전 상태 또는 저속 운전시 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 통과면적을 달리함에 따라 방열량이 차이가 있는 것을 알수 있다.According to the graph shown in Figure 8, 0.4≤A 0 / A i ≤0.6 appeared to be the optimum condition that the cooling water pressure drop occurs a lot and the heat dissipation performance is improved, the upper pipe during idle or low speed operation of the vehicle It can be seen that the amount of heat dissipation is different according to the passage area of the connector and the lower pipe connector.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상된다.As described above, according to the present invention, by configuring the cooling water passage area of the upper pipe connector and the lower pipe connector differently so that the back pressure is formed in the chamber in the upper tank before passing through the upper pipe connector, the cooling water is uniformly applied to the entire core. This results in a uniform temperature distribution throughout the core, improving heat dissipation performance.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |